JP2010051629A - 吸音構造体、電気機器、電気掃除機、及び、吸音構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸音特性、遮音特性及び制振特性を焼結した一つの材料で得ることができる多孔質材料を提供する。
【解決手段】吸音構造体１０は平板１とゲル層とを空気室層を介して積層させた構造を有し、前記ゲル層３には、異なる開口径のものを含む複数の開口部５が形成されており、開口部５と前記空気室層とによってヘルムホルツ構造を構成し、吸音構造体１０の空気室層を薄くすることができ、厚い吸音構造体を装着できない電気機器に適用できることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低い周波数帯域から高い周波数帯域まで一様に吸音することができる吸音構造体、この吸音構造体を用いて振動発生源となる可動体の稼働時に発生する騒音を効果的に低減可能にした電気機器や電気掃除機、及び、吸音構造体の製造方法に関するものである。

従来から、ヘルムホルツ構造を有する吸音構造体が知られている。そのようなものとして、「基材の表面に積層される吸音材であって、前記基材への積層面から前記吸音材の内方へ窪んだ空所と前記積層面とは反対側の面から前記空所に至る貫通孔とで構成されるヘルムホルツ型共鳴器構造を備え、前記空所部分の体積をＶ１、前記貫通孔部分の体積をＶ２、前記吸音材における残りの部分の体積をＶ３とすると、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）＝０．２〜０．６である吸音材」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−３３７８８６号公報（第３−４頁、第２図）

従来の吸音構造体は、特許文献１に記載のような吸音材のように、８００Ｈｚ（ヘルツ）以上の周波数帯域で吸音率を確保するようにしたものが一般的となっている。８００Ｈｚ以下の低い周波数帯域に対する吸音率確保は、吸音させる吸音構造体の材料自身の厚みを増やす必要がある。たとえば、０．６（６０％）以上の吸音率を確保するためには少なくとも２０ｍｍ以上の厚みが必要となる。したがって、厚みのある吸音構造体を内部に設置できないような電気機器の騒音対策には困難を要することになっていた。また、厚みのある吸音構造体を内部に設置しようとすると電気機器の大型化を招いてしまうことにもなってしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、ヘルムホルツ構造を有し、低い周波数帯域から高い周波数帯域まで一様に吸音することが可能な吸音構造体、電気機器、電気掃除機、及び、吸音構造体の製造方法を提供することを目的としている。

本発明に係る吸音構造体は、平板とゲル層とを空気室層を介して積層させた構造を有し、前記ゲル層には、異なる開口径のものを含む複数の開口部が形成されており、前記開口部と前記空気室層とによってヘルムホルツ構造を構成していることを特徴とする。また、本発明に係る電気機器は、前述の吸音構造体を振動発生源となる可動体の周囲の部材に適用したことを特徴とする。さらに、本発明に係る電気掃除機は、前述の吸音構造体と、電動送風機を駆動するブロアモータとを、有し、前記吸音構造体は、前記電動送風機の駆動によって発生する空気流の流れに対して平行となるように設置されることを特徴とする。

本発明に係る吸音構造体の製造方法は、平板と、異なる開口径のものを含む複数の開口部が形成されているゲル層と、の間に溶融する温度が異なる２種以上の発泡系材料を流し込み、溶融する温度が低い方の発泡系材料を所定の温度で発泡させて前記平板と前記ゲル層との間に所望の厚みを形成し、再熱処理をし、溶融する温度が低い方の発泡系材料を溶融させることで溶融する温度が高い方の発泡系材料同士が部分的に接着した骨材を形成し、前記骨材により、前記平板と前記ゲル層との間に空気室層を形成することを特徴とする。

本発明に係る吸音構造体によれば、広い周波数帯域（低い周波数帯域（８００Ｈｚ以下）〜高い周波数帯域）で０．６以上の吸音率を保持可能な減衰特性を得ることができる。また、本発明に係る吸音構造体によれば、２０ｍｍ以上の厚さを有さなくても０．６以上の吸音率を広範囲な周波数帯域で実現できる。さらに、本発明に係る吸音構造体によれば、厚みのある吸音構造体を内部に設置できないような電気機器にも設置することができ、このような電気機器の騒音対策にもなる。そして、このような電気機器の小型化にも寄与することになる。

本発明に係る電気機器によれば、前述の吸音構造体を振動発生源となる可動体の周囲の部材に適用したので、広い周波数帯域（低い周波数帯域（８００Ｈｚ以下）〜高い周波数帯域）で０．６以上の吸音率を保持可能な減衰特性を得ることができる。また、本発明に係る電気掃除機によれば、前述の吸音構造体と、電動送風機を駆動するブロアモータとを、有し、前記吸音構造体は、前記電動送風機の駆動によって発生する空気流の流れに対して平行となるように設置されるので、広い周波数帯域（低い周波数帯域（８００Ｈｚ以下）〜高い周波数帯域）で０．６以上の吸音率を保持可能な減衰特性を得ることができる。

本発明に係る吸音構造体の製造方法によれば、空気室層を骨材によって確実に形成、保持することができるために、一定の吸音率を確保できることになる。また、空気室層の骨材により大きな空気層を形成することができるために、空気層の厚みを薄くすることができ、吸音構造体の厚みを低減することができる。したがって、厚い吸音構造体を装着できないような家電製品等のような電気機器に容易に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る吸音構造体１０の断面構成を示す縦断面図である。図１に基づいて、吸音構造体１０の構成について説明する。この吸音構造体１０は、３層構造（平板１と、ゲル層３とを、空気室層２を介して積層させた構造）を基本としており、低い周波数帯域から高い周波数帯域まで一様に吸音することが可能になっている。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

第１層（紙面最下層）は、所定の厚みを有する平板１で構成されている。平板１の材料を、特に限定するものではなく、たとえば木材や樹脂材、金属材等で構成するとよい。第２層（紙面中間層）は、空気室を有する空気室層２で構成されている。空気室層２は、溶融する温度が異なる２種以上（複数）の発泡系材料（発泡樹脂材料）を混練し、一部の発泡樹脂材料を溶融させた骨材（樹脂骨材）２ａによって形成される。たとえば、低温度で溶融するウレタン液と、ウレタン液の溶融温度よりも高温度で溶融するＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の樹脂材料と、を混錬し、ウレタン液を溶融させ、ＰＥＴ等の樹脂材料を骨材２ａとして残すことで空気室層２を形成できる。

第３層（紙面最上層）は、たとえばシリコン等による粘性を有するゲル性状のゲル層３で構成されている。このゲル層３は、自己固着となる粘性を有しているために、骨材２ａと自然癒着することになる。その結果、平板１、空気室層２及びゲル層３からなる３層の吸音構造体１０を形成することができるのである。また、ゲル層３には、平面形状が円形状の異なる開口径のものを含む複数の開口部４が形成されている（図２で詳細に説明する）。そして、開口部４と空気室層２とによって、ヘルムホルツ構造を模擬するようになっている。

図２は、吸音構造体１０を上から見た状態の一例を示す平面図である。図３は、ヘルムホルツ構造の基本形を示す縦断面図である。図２及び図３に基づいて、第３層について説明する。第３層のゲル層３には、異なる開口径のものを含む複数（４種類の開口径）の開口部４が形成されている。図２では、開口径の小さい方から順に開口部４Ａ、開口部４Ｂ、開口部４Ｃ、そして開口部４Ｄとして図示している。各開口部４と空気室層２とによって、図３に示すようなヘルムホルツ構造を形成することができる。したがって、吸音構造体１０は、ゲル層３に形成された開口部４の粘性抵抗及び開口部４の開口径で決まるカットオフ周波数と、空気室層２の開口容積による音響的な膨張空間とにより、ゲル層３に形成した開口部４の開口径の周波数に対応した周波数帯域を減衰させることができる。

ここで、吸音構造体１０の製造方法について説明する。
まず、ウレタン液等の発泡系材料とＰＥＴ等の樹脂材料を混練し混練材料を作成する。このとき、ウレタン液は、ＰＥＴ等の樹脂材料よりも低温度で溶融するように混練時点での成分調整を行なう。この混練材料を平板１とゲル層３との間に流し込む。一度、ウレタン液などの発泡系材料を所定の温度で発泡させて、平板１とゲル層３との間に所望の厚みを形成する。再度、発泡させた混練材料を再熱処理して、ウレタン部分を溶融させる。このときに、ＰＥＴ等の樹脂材料自身の一部分がウレタン部分の溶融温度の影響を受けて、ＰＥＴ等の樹脂材料同士が部分的に接着することになる。これが図１で示したような骨材２ａとして残る。

また、この骨材２ａにより、平板１とゲル層３との間の中間層に大きな空気室が形成でき、空気室層２とすることができる。それとともに、絡むように骨材２ａを形成することができ、骨材２ａ自身で自立（復元）することができ、輸送等で吸音構造体１０を圧縮させても、開梱時には元の厚みに戻すことが可能になる。そして、ゲル層３は自己固着となる粘性を有しているために、骨材２ａと自然癒着することになり、結果的に３層構造の吸音構造体１０を形成することができる。なお、開口部４は、レーザー加工やドライエッチング、ウエットエッチング等で形成するとよい。

このように形成できる吸音構造体１０では、空気室層２を骨材２ａによって確実に形成、保持することができるために、一定の吸音率を確保できることになる。また、空気室層２の骨材２ａにより大きな空気層を形成することができるために、空気層の厚みを薄くすることができ、吸音構造体１０の厚みを低減することができる。したがって、厚い吸音構造体を装着できないような家電製品等のような電気機器に容易に適用することができる。さらに、ゲル層３に異なる開口径のものを含む開口部４を複数個形成することで、複数の周波数帯域に対しての減衰効果をもたらすことができる（図４で詳細に説明する）。

シリコン等のゲル層３は、面密度が高いために、この部分での遮音性も期待することができる。よって、ゲル層３での遮音による音響減衰と、ゲル層３自身の粘性による音響振動減衰と、が行なわれ、この部分での吸音遮音効果が期待できる。また、ゲル層３に複数設けた開口部４の開口径で決まるカットオフ周波数及び開口部４の粘性抵抗と、骨材２ａにより形成される空気室層２との融合、つまりヘルムホルツ構造を模擬することにより、特定の周波数帯域を効果的に減衰させることができる。

図４は、吸音構造体１０の吸音特性の一例を説明するためのグラフである。図４に基づいて、吸音構造体１０の吸音特性について説明する。図４では、縦軸が吸音率（％）を、横軸が周波数（Ｈｚ）を示している。図２に示したように、ゲル層３には異なる開口径のものを含む複数個の開口部４が形成されている。このような開口部４を形成することにより、複数の遮断周波数を形成することができる。近接する開口部４の開口径は、図４に示すように遮断周波数が−６ｄＢ／ｏｃｔ．で減衰／交差させるような関係にある。なお、１オクターブとは、周波数比が２倍であることいい、−６ｄＢ／ｏｃｔ．とは、周波数が２倍になるごとに６ｄＢずつレベルが下がることをいう。

図４では、線（ア）が開口部４Ａの遮断特性を、線（イ）が開口部４Ｂの遮断特性を、線（ウ）が開口部４Ｃの遮断特性を、線（エ）が開口部４Ｄの遮断特性を、それぞれ表している。これらの遮断特性は、開口部４の開口径によって決定する。そこで、吸音構造体１０では、遮断周波数が−６ｄＢ／ｏｃｔ．で減衰／交差するような開口径を決定し、それの値に基づいて開口部４を形成している。そうすると、開口部４Ａの遮断周波数（線（ア））〜開口部４Ｄの遮断周波数（線（エ））によって、遮断特性曲線（図中に示す破線（オ））が合成されることになる。このように開口部４の開口径を決定することで、遮断周波数間のディップ部分を連結するような減衰特性を確保することができるのである。

結果的に、吸音構造体１０は、特定のピーク周波数間を連結した広い周波数帯域（低い周波数帯域（８００Ｈｚ以下）〜高い周波数帯域）で０．６以上の吸音率を保持可能な減衰特性を得ることができるのである。また、吸音構造体１０は、２０ｍｍ以上の厚さを有することなく０．６以上の吸音率を広範囲な周波数帯域で実現できるため、厚みのある吸音構造体を内部に設置できないような電気機器にも設置することができ、このような電気機器の騒音対策にもなる。さらに、電気機器の小型化にも寄与することになる。なお、実施の形態１では、開口部４の開口径が４種類の場合を例に説明したが、開口径が５種類以上あってもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る吸音構造体１０ａを上から見た状態を示す平面図である。図５に基づいて、吸音構造体１０ａを構成する第３層について詳細に説明する。この吸音構造体１０ａは、３層構造（平板１、骨材２及びゲル層３ａ）を基本としており、低い周波数帯域から高い周波数帯域まで一様に吸音することが可能になっている。つまり、吸音構造体１０ａは、ゲル層３ａの構成が、実施の形態１に係る吸音構造体１０のゲル層３の構成と相違しているのである。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

吸音構造体１０ａを構成する第１層及び第２層は、実施の形態１に係る吸音構造体１０を構成する第１層及び第２層と同様である。吸音構造体１０ａを構成する第３層は、たとえばシリコン等による粘性を有するゲル性状のゲル層３ａで構成されている。このゲル層３ａは、自己固着となる粘性を有しているために、骨材２と自然癒着することになる。その結果、平板１、骨材２及びゲル層３ａからなる３層の吸音構造体１０ａを形成することができるのである。また、ゲル層３ａには、平面形状が四角形状の異なる開口径のものを含む複数の開口部５が形成されている。そして、開口部５と骨材２とによって、ヘルムホルツ構造を模擬するようになっている。

第３層のゲル層３ａには、異なる開口径のものを含む複数（図５では４種類の開口径）の開口部５が形成されている。図５では、開口径の小さい方から順に開口部５Ａ、開口部５Ｂ、開口部５Ｃ、そして開口部５Ｄとして図示している。各開口部５と空気室となる骨材２とによって、図３に示すようなヘルムホルツ構造を形成することができる。したがって、吸音構造体１０ａは、ゲル層３ａに形成された開口部５の粘性抵抗及び開口部５の開口径で決まるカットオフ周波数と、骨材２の開口容積による音響的な膨張空間とにより、ゲル層３ａに形成した開口部５の開口径の周波数に対応した周波数帯域を減衰させることができる。つまり、開口部５のように平面形状を四角形状としても実施の形態１に係る吸音構造体１０と同様の効果を有することが可能なのである。

以上より、吸音構造体１０ａでは、第２層の骨材２による空気室を確実に形成、保持することができるために、一定の吸音率を確保できることになる。また、第２層の骨材２により大きな空気層を形成することができるために、空気層の厚みを薄くすることができ、吸音構造体１０ａの厚みを低減することができる。したがって、厚い吸音構造体を装着できないような家電製品等のような電気機器に容易に適用することができる。さらに、ゲル層３ａに開口径の異なる開口部５を複数個形成することで、複数の周波数帯域に対しての減衰効果をもたらすことができる（図４参照）。

シリコン等のゲル層３ａは、面密度が高いために、この部分での遮音性も期待することができる。よって、ゲル層３ａでの遮音による音響減衰と、ゲル層３ａ自身の粘性による音響振動減衰と、が行なわれ、この部分での吸音遮音効果が期待できる。また、ゲル層３ａに複数設けた開口部５の開口径で決まるカットオフ周波数及び開口部５の粘性抵抗と、骨材２により形成される空気室との融合、つまりヘルムホルツ構造を模擬することにより、特定の周波数帯域を効果的に減衰させることができる。なお、実施の形態２では、開口部５の開口径が４種類の場合を例に説明したが、開口径が５種類以上あってもよい。また、開口部５は、レーザー加工やドライエッチング、ウエットエッチング等で形成するとよい。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る電気機器の一例である電気掃除機２０の概略構成を示す縦断面図である。図６に基づいて、電気機器の一例としての電気掃除機２０について説明する。この電気掃除機２０は、実施の形態１に係る吸音構造体１０あるいは実施の形態２に係る吸音構造体１０ａを利用することで、広い周波数帯域（低い周波数帯域（８００Ｈｚ以下）〜高い周波数帯域）で０．６以上の吸音率を保持可能な減衰特性を得ることができるようになっている。つまり、電気掃除機２０では、内部における風の流れに対して平行となるように吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａを設置することで、ブロアモータ２３から発生する音響を低減することが可能になっているのである。

この電気掃除機２０は、ごみを集塵する集塵袋が収容される集塵室２１と、集塵室２１の後方（下流側）に設けられ、ごみを吸引するための空気流を生成する電動送風機２２と、この電動送風機２２を駆動するブロアモータ２３とが筐体２５内に収容されて構成されている。そして、電気掃除機２０では、ブロアモータ２３の下側で、筐体２５の内部底面に、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａを設置するようになっている。また、筐体２５の背面には、空気流を排出する排気口２４が形成されている。なお、図示していないが、電気掃除機２０では、筐体２５の前側下部に前輪が、後側下部に後輪が、筐体２５の内部にブロアモータ２３の駆動を制御する制御手段やコードリール室等が設けられており、蛇腹状の吸気パイプ、吸い込みパイプ及び吸い込みブラシを備えているものである。

次に、電気掃除機２０の作用について説明する。
電気掃除機２０の図示省略の電源スイッチがＯＮされると、ブロアモータ２３が駆動し電動送風機２２が回転され、床面等の塵埃が吸い込みブラシにより空気とともに吸引され、集塵室２１に吸い込まれる。このブロアモータ２３は、高速回転しており、回転に伴って振動音が発生する（図６で示す実線矢印（Ａ）及び実線矢印（Ｂ））。そこで、ブロアモータ３３の下側には、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａをブロアモータ２３により駆動される電動送風機２３によって発生する空気流の流れに対して平行となるように設置している。そのため、振動音は、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａ内に導かれ、減衰されるようになっている。

吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａは、実施の形態１及び実施の形態２で説明したような特性を有しているので、ブロアモータ２３の回転によって発生する振動音を効果的に低減することが可能になる。したがって、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａによってブロアモータ２３から放射される振動音の吸音が行なわれ、ブロアモータ２３からの音放射を、電気掃除機２０の外部に放射する前に音響減衰させることが可能となる。また、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａは、２０ｍｍ以上の厚さを有することなく０．６以上の吸音率を広範囲な周波数帯域で実現できるため、厚みのある吸音構造体を内部に設置できないような電気掃除機にも設置することができる。さらに、電気掃除機２００の小型化にも寄与することになる。

なお、図６では、ブロアモータ２３の下側で、筐体２５の内部底面に、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａを設置している場合を例に説明したが、設置位置を特に限定するものではい。つまり、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａは、ブロアモータ２３によって発生する空気流の流れに沿って設置されていればよく、たとえば筐体２５内部の上面あるいは側面に設置するようにしてもよい。また、吸音構造体１０あるいは吸音構造体１０ａでモータケースを構成し、ブロアモータ２３を収容するようにしてもよい。さらに、実施の形態３では、電気掃除機２０を例に示したが、振動を発生する機器（たとえば、圧縮機や洗濯乾燥機等の電気機器）に適用してもよい。

実施の形態１に係る吸音構造体の断面構成を示す縦断面図である。 吸音構造体を上から見た状態の一例を示す平面図である。 ヘルムホルツ構造の基本形を示す縦断面図である。 吸音構造体の吸音特性の一例を説明するためのグラフである。 実施の形態２に係る吸音構造体を上から見た状態を示す平面図である。 実施の形態３に係る電気機器の一例である電気掃除機の概略構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 平板、２ 骨材、３ ゲル層、３ａ ゲル層、４ 開口部、４Ａ 開口部、４Ｂ 開口部、４Ｃ 開口部、４Ｄ 開口部、５ 開口部、５Ａ 開口部、５Ｂ 開口部、５Ｃ 開口部、５Ｄ 開口部、１０ 吸音構造体、１０ａ 吸音構造体、２０ 電気掃除機、２１ 集塵室、２２ 電動送風機、２３ ブロアモータ、２４ 排気口、２５ 筐体。

Claims (10)

1. 平板とゲル層とを空気室層を介して積層させた構造を有し、
   前記ゲル層には、異なる開口径のものを含む複数の開口部が形成されており、
   前記開口部と前記空気室層とによってヘルムホルツ構造を構成している
   ことを特徴とする吸音構造体。
2. 前記空気室層は、
   混練した複数の発泡系材料から一部の発泡系材料を溶融させた骨材によって形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
3. 前記骨材は、
   ＰＥＴにより構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の吸音構造体。
4. 前記ゲル層は、
   シリコンにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸音構造体。
5. 近接する前記開口部による開口径は、
   遮断周波数が−６ｄＢ／ｏｃｔ．で減衰／交差させるような関係にある
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸音構造体。
6. 前記開口部の平面形状を円形状あるいは多角形状としている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸音構造体。
7. 前記請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸音構造体を振動発生源となる可動体の周囲の部材に適用した
   ことを特徴とする電気機器。
8. 前記請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸音構造体と、
   電動送風機を駆動するブロアモータとを、有し、
   前記吸音構造体は、
   前記電動送風機の駆動によって発生する空気流の流れに対して平行となるように設置される
   ことを特徴とする電気掃除機。
9. 平板と、異なる開口径のものを含む複数の開口部が形成されているゲル層と、の間に溶融する温度が異なる２種以上の発泡系材料を流し込み、
   溶融する温度が低い方の発泡系材料を所定の温度で発泡させて前記平板と前記ゲル層との間に所望の厚みを形成し、
   再熱処理をし、溶融する温度が低い方の発泡系材料を溶融させることで溶融する温度が高い方の発泡系材料同士が部分的に接着した骨材を形成し、
   前記骨材により、
   前記平板と前記ゲル層との間に空気室層を形成する
   ことを特徴とする吸音構造体の製造方法。
10. 溶融する温度が低い方の発泡系材料をウレタン液とし、
    溶融する温度が高い方の発泡系材料をＰＥＴとしている
    ことを特徴とする請求項９に記載の吸音構造体の製造方法。

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